(完整版)電動機保護畢業(yè)論文.doc

1、1 前言1.1國內(nèi)外研究的狀況隨著微電子技術(shù)和單片機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，以微處理器為核心的智能型多功能電動機保護器應(yīng)運而生?；谖⑻幚砥鞯碾妱訖C保護裝置具有優(yōu)異的保護特性、完善的功能擴展和智能化的監(jiān)測與控制。 經(jīng)過多年的發(fā)展，國外一些著名的電器公司紛紛推出以微處理器為核心的智能化電機保護器。如：德國 SIEMENS公司的 3UBI系列繼電器、日本 FUJI公司的 QA系列繼電器、美國 ABB公司的 SPEM繼電器、英國 GECALSHOW公司的 GEMSTART智能控制繼電器。國內(nèi)也有許多單位在進行研制 ( 如上海電器科學(xué)研究所，南京自動化研究所等 ) 。各類產(chǎn)品除基本的保護功能外，一般還具有自檢

2、、自診斷、故障參數(shù) ( 如故障值、故障類型等 ) 的記憶、保護參數(shù)的整定等多種功能。進入 20世紀(jì) 90年代以來，由于微機通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，國外一些公司又提出了兼有監(jiān)控、保護功能的智能化保護器。它能與中央控制系統(tǒng)進行雙向通訊，形成監(jiān)控、保護信息網(wǎng)絡(luò)；也能監(jiān)視電動機各種運行參數(shù)，不但能測量當(dāng)前數(shù)據(jù)，并能對過去的運行參數(shù)及故障情況做出統(tǒng)計，幫助操作人員做出決策，以減少線路和設(shè)備的停機和維修時間，大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性。1.2以熱繼電器為主的組合保護中小型電機保護采用熔斷器、接觸器和斷路器及熱繼電器的組合。采用熔斷器及熱繼電器的電機保護是較為經(jīng)濟、簡單的一種方式。熔斷器與刀開關(guān)是使用最早

3、、最簡單的保護方式。熔斷器主要是用于短路故障或嚴(yán)重過載時保護供電設(shè)備和供電網(wǎng)絡(luò)的，際上它對電機不起直接保護作用。當(dāng)熔體熔斷時，又往往會造成電機缺相運行而燒毀。許多人把熔斷器的作用看作是保護電機，是一個概念錯誤?，F(xiàn)行的熔斷器熔體截面選擇按電機額定電流 1525倍來選擇是不符合實際的。電動起動時受到 57倍大電流沖擊，但因時間短，理論上是可以在熔體不熔斷的情況下通過熔體，但由于熔體在制造工藝、時效和安裝上存在隨機“缺陷”，在電機起動時很容易發(fā)生部分相首先熔斷，而使電機處于缺相運行，造成燒毀事故。過載熱繼電器在保護電機過載方面具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等優(yōu)點，但也有保護時滯和對輕微過載與堵轉(zhuǎn)保護欠佳的缺

4、點，因而容易導(dǎo)致長期輕微過載運行使電機繞組產(chǎn)熱累計，而使繞組絕緣老化造成電機損壞。但是熱繼電器對起動過程中的電機不起保護作用，且環(huán)境溫度對熱繼電器參數(shù)影響較大，不穩(wěn)定。雙金屬片整定方法粗糙，因為熱繼電器安裝在電機殼外，一旦發(fā)生通風(fēng)受阻、 堵轉(zhuǎn)、長期輕微過載使電機繞組產(chǎn)生熱積累等，熱繼電器就無法保護電機。原因是熱繼電器串接在主電路中，與電機繞組溫度無直接關(guān)系。另外熱繼電器本身是一個耗能元件，在動作過程中要消耗較多的電能。而當(dāng)熱繼電器真正起到保護作用動作幾次，其本身的電阻絲、絕緣材料會因過熱而迅速損壞，不能繼續(xù)使用，必須全套更換。1.3傳統(tǒng)的電磁型保護以反映故障發(fā)生后電流量的變化為判據(jù)的電磁型保護

5、曾得到廣泛應(yīng)用。目前我國電網(wǎng)中， 有一部分電機保護仍采用電磁型繼電器為主的保護。如運行中的保護，大多數(shù)為電流速斷或定時限過流，另有相當(dāng)數(shù)量的電機采用一次過電流保護。根據(jù)異步電機的起動特性，為了使保護在電機起動時可靠不動作，這些保護的定值都要躲過電機的啟動電流來整定，這樣定值要比本身額定電流大許多倍，這對電機匝間故障、相間故障、堵轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子鼠籠斷條等故障均不能可靠動作，而只能保護電源電纜和定子入口的部分，這就加重了電機的損壞程度，有不少電機在故障切除后，燒毀的己無法修復(fù)?？梢婋姶判碗姍C速斷或定時限電流保護是犧牲保護的靈敏性來提高可靠性的。1.4溫度保護決定繞組絕緣壽命的基本因素是溫度。因此，任何規(guī)

6、定的允許過負(fù)荷持續(xù)時間，都應(yīng)以絕緣發(fā)熱為依據(jù)。而熱保護( 熱繼電器 ) ，電流保護 ( 電磁型、電子式的本質(zhì) ) ，都是按照電機定子電流的大小規(guī)定允許過負(fù)荷時間的長短。然而，往往有這樣的情況，即電流盡管沒有超過額定值，而電機的溫度卻達到了危險的數(shù)值，需要把電機從電網(wǎng)斷開。由此看來，直接反映電機溫度的保護具有一定的優(yōu)越性。溫度保護是利用安裝在電機內(nèi)部的溫度傳感器米實現(xiàn)的。當(dāng)電機達到一定溫度時，繼電器動作斷開電機的供電電路。此類保護的關(guān)鍵是在制造電機時，將傳感器直接放在電機繞組罩，但究竟將其預(yù)埋于電機的哪一部位才能最全面有效地檢測電機繞組的溫升，從而靈敏地切除故障，是不能確定的。比如說，溫度傳感器

7、預(yù)埋于A處，而在遠(yuǎn)離 A處的 B處發(fā)生故障，傳感器就有可能監(jiān)測不到該處溫度的變化，從而延誤保護動作的時間而使故障擴大。也就是說它的檢測功能是局部的。況且，由于傳感器埋在電機繞組里，對傳感器的維護檢修就極為不便，必須拆除電機本身才能對傳感器進行檢修。因此，溫度保護的使用有著相當(dāng)大的局限性。1.5電子式保護隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展，一批新型的電子式多功能保護應(yīng)運而生。我國電子式保護是由晶體管型發(fā)展至集成電路型的。其原理一般包含兩方面：一是檢測電流值反映過載、短路及堵轉(zhuǎn)等以過流為特征的故障；二是通過檢測電機電壓或電流是否缺相來反應(yīng)斷相故障。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，我國的電機保護技術(shù)也從機電式

8、向智能化進行過渡，在電機保護裝置中引入了微處理器，加強了信號處理功能和通訊功能。這種智能保護器是在綜合保護器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它可以同時對電機斷相、過載、短路、欠壓、三相不平衡、堵轉(zhuǎn)、漏電等進行保護。它還擁有電流電壓顯示、故障記憶等功能。另外，智能化電機保護器還可以與各種傳感器配合進行在線檢測保護。對電機的各種故障或早期故障進行保護和判斷，真正實現(xiàn)了智能檢測和控制。當(dāng)保護器與遠(yuǎn)程計算機實現(xiàn)通訊后，它又有了遙控和遙測的功能，并且能夠存儲大量的數(shù)據(jù)，保護裝置本身的自動化性能也越來越高。此類保護器節(jié)能、 動作靈敏、精確度高、保護功能全、重復(fù)性好，代表了當(dāng)前電機保護器的發(fā)展方向。2 三相異步電動機常

9、見故障及分析2.1短路故障特征分析及保護判據(jù)電動機的短路故障是比較嚴(yán)重的一種故障，危害性很大。短路故障包括定子繞組的相間短路和一相繞組匝間短路。定子繞組的相間短路是電動機最嚴(yán)重的故障，它會引起電動機本身的嚴(yán)重?fù)p壞，使供電網(wǎng)絡(luò)的電壓顯著下降，影響其它用電設(shè)備的正常工作。一相匝間短路是較常見的短路故障，該故障初期僅表現(xiàn)為三相電流不對稱，使故障相的相電流增大，嚴(yán)重的情況會導(dǎo)致匝間線圈絕緣全部燒毀，使電動機的一相繞組全部短接。此時，負(fù)載星形聯(lián)接的非故障相將承受線電壓，負(fù)載三角形聯(lián)接的將產(chǎn)生相間短路，這會使電動機遭受嚴(yán)重?fù)p壞。電動機相間短路故障最明顯的特征是三相供電線路的故障相會出現(xiàn)大電流，危害性很大，

10、應(yīng)進行速斷保護。短路保護的整定值應(yīng)大于電動機最大穩(wěn)定啟動電流，一般取電動機額定電流的8lO倍。在進行短路保護時，通過檢測電動機 A，B， C三相線電流來實現(xiàn)，超過整定值后，直接進行斷電保護。短路保護的原則是，當(dāng)在一定時限( 當(dāng)然很短 ) 內(nèi)檢測到三相最大電流超過電動機額定線電流K倍時（K為短路過流倍數(shù)， 一般取 810) ，就認(rèn)為電動機有短路故障，應(yīng)進行速斷保護。2.2堵轉(zhuǎn)故障特征判據(jù)電動機因機械原因、負(fù)荷過大等轉(zhuǎn)子被卡死或低速運轉(zhuǎn)而進入堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時，會造成過熱而燒壞。電動機堵轉(zhuǎn)是最輕的對稱短路故障，也是最嚴(yán)重的過載故障。堵轉(zhuǎn)電流一般可以達到電動機額定電流的 4 7倍，這么高的故障電流極易把電動

11、機燒損。因此在檢測到電動機處于堵轉(zhuǎn)故障時，保護系統(tǒng)應(yīng)及時動作，保證電動機不因堵轉(zhuǎn)而燒壞。堵轉(zhuǎn)保護信號可取自于電動機線電流，當(dāng)線電流超過堵轉(zhuǎn)電流整定值，并達到整定時限時，立即進行斷電保護。堵轉(zhuǎn)保護的電流整定值一般可取電動機的穩(wěn)定啟動電流，即額定電流的 4 7倍。由于電動機起動電流也能達到額定電流的 47倍，為區(qū)分電動機的堵轉(zhuǎn)故障與正常啟動，保護算法上要能夠判別電動機是起動時間內(nèi)還是在起動時間后，一般采用躲過電動機起動時間 (8 16秒 ) 的方法來實現(xiàn)。從而可有效地躲過電動機的起動電流以免誤動作，使電動機無法正常啟動。2.3斷相故障特征分析及保護判據(jù)電動機斷相故障是最常見、最嚴(yán)重的一種不對稱故障

12、。電動機對稱運行時，其轉(zhuǎn)軸所受到的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，沒有振動。當(dāng)電動機繞組斷相，啟動電動機時就會有嗡嗡聲而不能啟動。根據(jù)對稱分量法，電動機斷相運行時的三相不對稱電流可分解為正序、負(fù)序和零序電流。 正序電流產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩，負(fù)序電流產(chǎn)生反向制動轉(zhuǎn)矩，零序電流增加損耗。帶動同樣負(fù)載的正向轉(zhuǎn)矩要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩和由負(fù)序電流產(chǎn)生的反向制動轉(zhuǎn)矩，因此電動機負(fù)擔(dān)加重，電流劇增，引起損耗增加，導(dǎo)致電動機燒損。表 1根據(jù)電動機定子繞組的不同接法，斷相故障電流表現(xiàn)由表分析可以看出，電動機斷相故障主要有三類情況：當(dāng)電動機繞組以 Y形連接時，無論斷相發(fā)生在線路上或者繞組內(nèi)部，故障相的線電流均為零；對于形連接的電動機，發(fā)生外部線路斷

13、相時，故障相的線電流為零；若形連接的電動機發(fā)生繞組內(nèi)部斷相時，電動機故障相的相電流為零，但線電流不為零。2.4過載故障特征分析及保護判據(jù)電動機過載也稱過負(fù)荷，是指電動機正常運行中因負(fù)荷過大所引起的過熱現(xiàn)象。其突出特點是電動機的工作電流大于額定電流，溫升高于額定值，如果電動機長時間過載運行會引起電動機繞組過熱而燒損。電動機過載運行主要由以下幾種原因造成： (1) 負(fù)荷增加； (2) 機械設(shè)備故障或未安裝好； (3) 電動機本身機械故障； (4) 電動機容量選擇偏??； (5) 電動機修理時繞組線徑選擇偏??； (6) 雙機拖動負(fù)荷分配不均； (7) 電動機端電壓過低等。a電動機溫升特性電動機定子繞組

14、溫度高出周圍環(huán)境溫度的值稱為溫升。電動機溫升特性的數(shù)學(xué)模型是推導(dǎo)電動機容許過載特性數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)性工作，是電動機反時限過載保護的理論基礎(chǔ)，有利于分析電動機定子繞組的發(fā)熱特點。電動機在運行過程中能量損耗主要有銅損、鐵損和機械損耗，它們會轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚徊糠滞ㄟ^機體散失到周圍空氣中，一部分積存在機體中加熱電動機，使其溫度上升，最終超過環(huán)境溫度。于其銅損電動機是由多種材料組成的非均質(zhì)發(fā)熱體，其發(fā)熱情況比較復(fù)雜。但實際測定表明，電動機的發(fā)熱曲線與均質(zhì)發(fā)熱體的發(fā)熱曲線只有較小的差別。為了便于計算和分析， 一般將電動機認(rèn)為是一個均質(zhì)發(fā)熱體，且忽略電動機的鐵損和機械損耗，即電動機的溫升主要取決銅損。電動機的溫

15、升特性曲線可以用如下原理來解釋：當(dāng)時間 t=O時，電動機的溫度與環(huán)境溫度相同，兩者之間不存在熱傳導(dǎo)，這時電動機產(chǎn)生的全部損耗都用來提高電機的溫度，所以電機溫度上升很快。隨著電動機溫度上升的增加，它與周圍介質(zhì)的溫度差越來越大，散發(fā)到周圍介質(zhì)中的熱量也逐漸增加，溫升增加變慢，直到散熱量等于發(fā)熱量時，電動機的溫度就不再升高，它所產(chǎn)生的全部熱量散發(fā)到周圍介質(zhì)中，即達到穩(wěn)定溫升。b電動機反時限過載保護特性1電動機容許過載特性；2定時限過載保護特性；3階段式定時限過載保護特性； 4反時限過載保護特性電動機在設(shè)計時往往留有一定余量，因此電動機可以容許有一定的短時過載能力。其實在實際生產(chǎn)中，電動機負(fù)載往往會有

16、一定的波動，這也要求電動機具有一定短時過載能力，不會因短時過載而停機，影響正常生產(chǎn)。電動機過載保護動作時問t 與過載倍數(shù) B的關(guān)系稱為電動機過載保護特性。設(shè)計過載保護特性時，要充分利用電動機本身的過載能力，不要因為電動機一過載就立即進行保護，頻繁的斷電保護將影響正常生產(chǎn)，這樣的保護也就失去意義了。圖中可以看出，定時限過載保護和階段式定時限過載保護都不能像反時限過載保護特性那樣充分利用電動機的過載能力，因此在設(shè)計過載保護特性時應(yīng)具有優(yōu)良的反時限特性。2.5欠壓和過壓故障特征分析及保護判據(jù)a欠壓保護在電動機負(fù)載和轉(zhuǎn)子電阻一定的條件下，電網(wǎng)電壓降低時，電磁轉(zhuǎn)矩下降，電動機轉(zhuǎn)速下降，旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的相

17、對轉(zhuǎn)速增大，磁通切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的速度增大，因此轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電動勢和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流都將增大。和變壓器的原理一樣，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流必然相應(yīng)增大，溫升增高。如果電動機長時間在低電壓工作會使電動機過熱甚至燒壞，嚴(yán)重時還會造成堵轉(zhuǎn)。低電壓也會使電動機起動轉(zhuǎn)矩下降，當(dāng)電壓降低到能使起動轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，電動機就無法啟動。電動機要不要裝設(shè)欠壓保護有一定原則。對電源電壓短時降低或短時中斷后又恢復(fù)需要自動起動的重要電動機，不裝設(shè)低壓保護。下列電動機一般需裝設(shè)欠壓保護：(1) 當(dāng)電源電壓短時降低或短時中斷后又恢復(fù)時，為保證重要電動機自啟動而需要斷開的次要電動機；(2) 電源電壓短時降低或短時中斷后，根

18、據(jù)生產(chǎn)或工藝的要求，不允許或不需要自啟動的電動機； (3) 需要自啟動，但為保證人身和設(shè)備的安全，在電源電壓長時間消失后，需從電網(wǎng)中自動斷開的電動機。欠壓保護的整定原則是：若在一定時限內(nèi)采樣到的線電壓有效值均低于保護整定值，則認(rèn)為有故障產(chǎn)生，應(yīng)進行斷電保護。b過壓保護過電壓一般是由電網(wǎng)電壓波動造成的，當(dāng)然也可能是伴隨其它故障的產(chǎn)生而產(chǎn)生的，如對于負(fù)載星形連接且無中性線的電動機，如果定子繞組一相短路，會造成其它兩相負(fù)載的電壓增大。電動機在過電壓狀態(tài)下運行，容易對電動機的絕緣造成破壞，進而縮短電動機使用壽命，因此電動機應(yīng)裝設(shè)過電壓保護。過壓保護的整定原則是：若在一定時限內(nèi)采樣到的線電壓有效值均高于

19、保護整定值，則認(rèn)為有故障產(chǎn)生，應(yīng)進行斷電保護。3 電機保護裝置框圖及硬件電路設(shè)計3.1電機保護裝置總體框圖電動機保護器實現(xiàn)的功能主要包括：三相電流顯示、聲音報警、故障脫扣、故障記憶、過載保護、短路保護、漏電保護、缺相保護、相失衡保護、相序保護、過欠壓保護等。 用傳統(tǒng)的模擬線路要實現(xiàn)如此綜合的功能，其線路將會變得非常復(fù)雜，整個裝置的體積也會非常龐大。目前一些模擬電子式電動機保護器能實現(xiàn)的功能都比較單一，例如：過流保護器、缺相保護器、漏電保護器等，而單片機的出現(xiàn)，使得電動機保護器的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍，在智能化、功能多樣化、小型化、模塊化、性能可靠性等方面達到前所未有的水平。用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)電動機保護

20、的功能，在硬件方面主要由三相電流信號采樣、漏電流采樣、電壓信號采樣、鍵盤接口、顯示部分、控制輸出、報警輸出、通信接口等幾部分構(gòu)成。硬件系統(tǒng)基本工作原理是：由電流、電壓互感器實時檢測電動機的三相線電壓和線電流，并經(jīng)信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換后輸入單片機 AD轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道，根據(jù)一定的算法，計算出信號的有效值，將計算出來的信號有效值與預(yù)先設(shè)定的相應(yīng)整定值進行比較判斷，若在一定時限內(nèi)，采樣到的信號有效值都在設(shè)定的故障范圍值之內(nèi)，則認(rèn)為有故障產(chǎn)生，并由單片機發(fā)出故障控制信號對電動機進行跳閘斷電和報警。若無故障產(chǎn)生，則循環(huán)采樣、顯示和存儲電壓、電流信號。3.2 80C196K0 單片機主系統(tǒng)基本接口設(shè)計80

21、C196KC單片機主系統(tǒng)基本接口電路如圖所示3.3電源與公共地線的連接80C196KC有三個電源引腳， Vcc為主電源 (+5V) ，而 Vref 為芯片內(nèi)置 AD 轉(zhuǎn)換器和 P0口的參考電壓和電源電壓 (+5V) 。如果芯片使用內(nèi)置 AD轉(zhuǎn)換器，則為保證 AD轉(zhuǎn)換的精度， Vref 最好分開供電，若與 Vcc共電源，也要分開引線；如果不用內(nèi)置 AD轉(zhuǎn)換器，則應(yīng)把 Vref 與Vcc相連，此時有關(guān)模擬信號輸入引腳作 PO端口用。 Vpp為EPROM芯片編程電壓，編程時應(yīng)接+12.5V,正常運行時與 Vcc相連。芯片的地線引腳包括數(shù)字地Vss和模擬地 ANGND，一般都為 O。若不用內(nèi)置 AD轉(zhuǎn)

22、換器時，Vss和ANGND直接相連；若用內(nèi)置 AD轉(zhuǎn)換器時，Vss和ANGND應(yīng)分開引線， ANGND只在芯片附近與 Vss相連。為抑制噪聲，提高系統(tǒng)抗干擾性， Vcc與Vss之間， Vref 與 ANGND之間應(yīng)接一個去耦電容，電容大小一般為 0.1 F或 1 F。3.4振蕩電路80C196KC片內(nèi)振蕩器電路包含一個晶體控制的正電抗振蕩器，它與外部晶體 Y1和外部電容 C6、 C7的連接方法如上圖所示，XTALl腳為內(nèi)部反相放大器的輸入端， XTAL2腳為該放大器的輸出端。在晶體振蕩器中，晶體工作于基本響應(yīng)模式，它作為一個感抗與外部電容形成并聯(lián)諧振，使正反饋放大器維持震蕩。80C196KC的

23、狀態(tài)周期由振蕩器信號經(jīng)2分頻后獲得，本系統(tǒng)采用12MHz的晶體振蕩器，故狀態(tài)周期為1(122) 106)=167ns，它是指令執(zhí)行的基本時間單位，是對程序設(shè)計非常重要的時間常數(shù)。3.5復(fù)位電路復(fù)位信號用來將 80C196KC單片機初始化為復(fù)位狀態(tài)，系統(tǒng)每次上電時，都應(yīng)復(fù)位。為了復(fù)位，復(fù)位信號至少保持4個狀態(tài)周期。單片機復(fù)位使一些寄存器初始化，清除PSW，由 2018H存儲單元讀出芯片配置字節(jié)并存入芯片配置寄存器 CCR，并將 Pc寄存器的值置為 2080H，從 2080H存儲單元開始執(zhí)行指令。本系統(tǒng)的復(fù)位電路如上圖所示，帶有上電復(fù)位和手動復(fù)位功能。上電時靠復(fù)位電容 C3的充電緩沖保持在低電平狀

24、態(tài)；手動復(fù)位時按下復(fù)位開關(guān)S16并延遲一定時間，可將引腳拉低復(fù)位。圖中二極管D6為復(fù)位電容在掉電的情況下提供了一條迅速放電的通路，以保證芯片能在反復(fù)上電的情況下可靠復(fù)位。3.6其它相關(guān)引腳的說明(1)ACHOACH7為80C196KC內(nèi)置 AD轉(zhuǎn)換器 8個模擬輸入通道，本系統(tǒng)用其中的 ACH0 ACH5六引腳作為采樣電壓電流信號的輸入通道。(2)P1.0 P1.7 為8位準(zhǔn)雙向 I0 口，本系統(tǒng)用其中部分引腳作為控制輸出信號。(3)P3.O P3.7 及P4.OP4.7 引腳有 2種功能，一種為具有開漏輸出特性的雙向口，一種是訪問外部存儲器時，作為系統(tǒng)總線。本系統(tǒng)用其第二種功能，即用來作為訪問

25、外部存儲器的地址數(shù)據(jù)總線。(4) 、為外部存儲器的讀寫控制信號， ALE為地址允許鎖存信號， EXINT為外部中斷輸入信號，RXDTXD為串行接口的收發(fā)腳。(5) 為存儲器選擇信號。當(dāng)其為高電平時，訪問地址范圍為2000H5FFFH的存儲單元時，指向片內(nèi)EPROM，反之，訪問上述地址范圍的存儲單_元時指向片外。由于本系統(tǒng)的程序存儲器由片外提供，故EA接低電平。3.7電壓電流采樣及其調(diào)理電路設(shè)計本系統(tǒng)故障檢測信號取自于電動機三相線電壓和線電流，共六路模擬輸入信號，其中三路用于線電流檢測， 三路用于線電壓檢測。 由于 80C196KC 單片機內(nèi)置 AD轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道要求輸入信號為 O5V的單

26、極性電壓信號，因此經(jīng)電壓電流傳感器采樣的交流信號必需轉(zhuǎn)換為 O 5V的單極性電壓信號。下圖為其中一路電流采樣及其調(diào)理電路圖，其余兩路相同。圖中 R1為采樣電阻，其主要作用是將電流互感器CTl 的感應(yīng)交流電流轉(zhuǎn)換為交流電壓。利用運放AR5的高輸入阻抗，來抑制負(fù)載對采樣精度的影響。 Vf 為偏置電壓，一般通過電阻或電位器分壓電路獲得。電組R2、R4、Rf 和運放 ARl組成加法器，電阻 R7、Ro和運放 AR2組成反向器，電阻 R9和電容 Cl 組成簡單低通濾波器。 Vref 為80C196KBKC內(nèi)置 AD轉(zhuǎn)換器的模擬輸入?yún)⒖茧妷?，二級?D1和D2主要起嵌位作用，可保證 V02在-VD2(VR

27、EF+VD1)(V D1、VD2分別為 Dl 、 D2的正向壓降 ) 之間波動。電壓采樣是通過電壓互感器來實現(xiàn)的，其調(diào)理原理同電流信號調(diào)理原理，電路圖如下圖所示。3.8系統(tǒng)供電電源設(shè)計本系統(tǒng)需四路供電電源，即+5V的單片機主電源和模擬參考電壓以及相關(guān)芯片的電源電壓、運算放大器+15V和-15V直流電源以及直流繼電器線圈電源 +12V。本裝置都是通過三端集成穩(wěn)壓器獲得各路直流電源，如圖3 5、圖 36所示。 +12V直流繼電器線圈的電壓如下圖中標(biāo)注處引出。3.9故障報警和保護動作執(zhí)行電路設(shè)計本裝置為電動機故障提供兩種報警方式，即指示燈報警和蜂嗚器發(fā)聲報警，報警電路如下圖所示。 其工作原理是： 電

28、動機處于正常運行狀態(tài)時，置 P1.0 為低電平，三極管 Q1基極無電流處于截止?fàn)顟B(tài)，蜂鳴器 U4和發(fā)光二極管 D8也處于截止?fàn)顟B(tài)，報警失效；當(dāng)電動機出現(xiàn)故障時，置 P1.0 為高電平，由于三極管 Ql的導(dǎo)通而導(dǎo)致發(fā)光二級管 D8導(dǎo)通發(fā)光，蜂鳴器 U4導(dǎo)通發(fā)聲，從而實現(xiàn)保護裝置的故障自動報警功能。下圖為保護裝置的動作執(zhí)行保護電路。當(dāng)電動機發(fā)生故障時，置P2.5為低電平，光電耦合器6N137截止，繼電器 Kl 斷開，進而交流接觸器K2斷開，電動機失電停轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電動機故障自動掉電保護。4 電動機保護裝置的軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)初始化及主程序設(shè)計主程序主要作用是對系統(tǒng)進行初始化以及主要部件的自檢，初始

29、化主要完成 80C196KC單片機多功能引腳的定義、堆棧(SP) 地址設(shè)置、鍵盤作方式的設(shè)置以及液晶模塊顯示設(shè)置。自檢對象主要有外部擴展隨機存儲器(RAM)。主程序流程下圖所示。程序開始執(zhí)行后，首先運行初始化模塊，初始化的主要任務(wù)是完成80C196KC有關(guān) IO控制寄存器 (IOCO，IOCl ，IOC3等) 的設(shè)置、多功能引腳定義、串行口設(shè)置、堆棧地址設(shè)置、8255A工作方式設(shè)置、液晶顯示模塊設(shè)置以及保護裝置自身的一些系統(tǒng)變量初始化等功能。自檢程序主要檢測 RAM存儲器是否損壞，自檢方法是先向整個R枷地址區(qū)寫入數(shù)據(jù)，然后再一一讀出比較，若不一樣，則出錯。出錯后，由用戶自己決定處理，程序不進行

30、出錯處理。4.2測量主程序測量主程序主要完成電動機數(shù)據(jù)的采集、存儲、數(shù)據(jù)處理以及故障判斷和處理等功能，程序流程圖如上圖所示。進入測量主程序之后，首先開啟軟件定時器中斷，并立即執(zhí)行一次軟件定時器0的中斷服務(wù)程序，在其中斷服務(wù)程序中，設(shè)置下一次軟件定時器0中斷的時間間隔，由于本系統(tǒng)一周波內(nèi)采樣 12個數(shù)據(jù)點，所以相鄰兩次采樣間間隔為20ms12=1.67ms(20ms為被采樣信號的周期 ) 。這個時間也就是軟件定時器0中斷的時問間隔，即每隔1.67ms產(chǎn)生一次軟件定時器中斷，在其中斷服務(wù)程序中完成電動機數(shù)據(jù)的采集、存儲、數(shù)據(jù)處理以及故障判斷和處理等功能，中斷返回后，等待下一次中斷。4.2.1 AD

31、 采樣子程序AD采樣子程序是測量主程序的重要組成部分，它的主要任務(wù)是依次采集 AD轉(zhuǎn)換器的六路模擬輸入通道的實時數(shù)據(jù)，并將其存入預(yù)定存儲單元，以供后續(xù)程序取用。4.2.2數(shù)據(jù)處理子程序數(shù)據(jù)處理子程序也是測量主程序的組成部分，它的主要任務(wù)是在AD采樣子程序的采樣結(jié)束之后，從預(yù)定的RAM單元中取出各路通道最近一個周波內(nèi)采集的 12個數(shù)據(jù)點，并根據(jù)有關(guān)算法計算各路電壓或電流的有效值和正負(fù)序分量，然后將其存入預(yù)定單元，并發(fā)送至液晶顯示模塊顯示。須注意的是，顯示之前應(yīng)將顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的BCD碼表示，然后查表得各位數(shù)字的顯示碼，并發(fā)送置液晶顯示模塊顯示。4.2.3故障處理子程序故障處理子程序主要任

32、務(wù)是根據(jù)最近采集到的數(shù)據(jù)按下列順序依次進行故障判斷。故障判斷順序依次為短路、堵轉(zhuǎn)、斷相、過壓、欠壓、過載。下圖為故障處理子程序流程圖，開始時從預(yù)定RAM中讀取最近采樣的特征參數(shù)，然后短路故障判斷，若有故障，則進行故障處理，若無短路故障，則轉(zhuǎn)下一故障處理模塊，當(dāng)全部故障判斷完成后無故障發(fā)生，則重新開啟軟件定時器中斷，等待下一個周波的采樣。每一故障處理模塊都應(yīng)有讀取特征參數(shù)、故障判斷以及故障處理三部分組成。各個保護模塊計時器的選用視動作時限的長短而定，如對短路和堵轉(zhuǎn)故障動作時限較短，可用80C196KC內(nèi)部定時器 1計時，對過載倍數(shù)較小的過載保護可以以外部時鐘芯片的走時時間作為動作時限計時。結(jié)論電

33、動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，但是其高故障率對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟損失，因此在分析傳統(tǒng)電動機保護裝置不盡完善的基礎(chǔ)上，研制功能完善、可靠性高的電動機保護裝置己經(jīng)成為必要。微控制器以其優(yōu)異的特性在電動機保護裝置的開發(fā)中應(yīng)用越來越廣泛，基于微控制器的電動機保護測控裝置采用的是將微機實時控制技術(shù)引入電動機保護的一種控制思想，電動機的微機保護裝置一般具有響應(yīng)速度快、可靠性好、智能化程度高、功能擴展靈活、操作方便以及易于實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等優(yōu)點。本文在分析我國電動機保護裝置現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開發(fā)了以Intel80C196Kc為核心的電動機智能保護裝置。在系統(tǒng)的保護原理和硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等方面做了大量的工作，主要有；(1) 根據(jù)電動機運行原理，對電動機常見電氣故障特征進行了詳細(xì)分析，并提出適合微機實現(xiàn)的故障保護方法；(2) 結(jié)合 80C196KC單片機的特點，對系統(tǒng)